一种铜块黑/棕化装置及黑/棕化方法.pdf

1、(10)申请公布号 CN 103124473 A(43)申请公布日 2013.05.29CN103124473A*CN103124473A*(21)申请号 201110370586.7(22)申请日 2011.11.18H05K 3/38(2006.01)C23C 22/52(2006.01)C23C 22/00(2006.01)C23F 1/08(2006.01)C23F 1/10(2006.01)C23F 1/18(2006.01)(71)申请人珠海方正科技高密电子有限公司地址 519175 广东省珠海市斗门富山工业区申请人北大方正集团有限公司(72)发明人陈显任 李金鸿 胡新星(74)专

2、利代理机构北京天昊联合知识产权代理有限公司 11112代理人罗建民 邓伯英(54) 发明名称一种铜块黑/棕化装置及黑/棕化方法(57) 摘要本发明提供一种铜块黑/棕化装置，包括盛装铜块和黑/棕化药液的容器以及搅拌装置，所述搅拌装置用来对所述容器内的黑/棕化药液进行搅拌。本发明还提供一种使用该铜块黑/棕化装置黑/棕化铜块的方法，通过搅拌装置以及进液管和排液管与黑/棕化线药水缸内的黑/棕化液形成的循环回路使容器内黑/棕化液成份保持有效，且进液管和排液管各配有自动阀控制黑/棕化时间，使用该方法使铜块黑/棕化均匀，品质好。(51)Int.Cl.权利要求书1页 说明书4页 附图2页(19)中华人民共和国

3、国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书1页 说明书4页 附图2页(10)申请公布号 CN 103124473 ACN 103124473 A1/1页21.一种铜块黑/棕化装置，其特征在于，所述装置包括：盛装铜块和黑/棕化药液的容器以及搅拌装置，所述搅拌装置用来对所述容器内的黑/棕化药液进行搅拌。2.根据权利要求1所述的铜块黑/棕化装置，其特征在于，所述搅拌装置包括：置于所述容器外部的磁力搅拌器以及置于所述容器中的磁力搅拌子，所述磁力搅拌器通过磁场变化，带动所述磁力搅拌子的运动，从而搅拌所述容器内黑/棕化药液。3.根据权利要求2所述的铜块黑/棕化装置，其特征在于，所述磁力搅拌器通过磁场的变

4、化频率和/或磁场强度，对搅拌速度进行控制。4.根据权利要求1所述的铜块黑/棕化装置，其特征在于，所述容器包含进液口和排液口，分别通过进液管和排液管，与黑/棕化线药水缸相连，实现所述容器中的黑/棕化液与所述黑/棕化线药水缸中的药水的循环。5.根据权利要求4所述的铜块黑/棕化装置，其特征在于，所述进液管和排液管分别配有自动阀，且所述至少一个自动阀上配有电子计时器，所述电子计时器与所述磁力搅拌器相连，用于在到达黑/棕化时间时通知所述磁力搅拌器，所述磁力搅拌器停止搅拌。6.一种铜块黑/棕化方法，其特征在于，采用权利要求1所述的铜块黑/棕化装置黑/棕化铜块，包括以下步骤：(1)插上所述搅拌装置的电源，(

5、2)将铜块放入盛有黑/棕化药液的容器中，(3)使搅拌装置以一定的搅拌速度对所述容器中的黑/棕化药液进行搅动，(4)待到达规定的黑/棕化时间后，停止搅拌装置，取出黑/棕化后的铜块。7.根据权利要求6所述的铜块黑/棕化方法，其特征在于，所述搅拌装置包括：置于所述容器外部的磁力搅拌器以及置于所述容器中的磁力搅拌子；所述步骤(3)具体为：所述磁力搅拌器通过磁场变化，带动所述磁力搅拌子的运动，从而控制所述容器内的黑/棕化药液的搅拌速度。8.根据权利要求6或7所述的铜块黑/棕化方法，其特征在于，所述步骤(3)中的搅拌速度为2-6转/秒。9.根据权利要求8所述的铜块黑/棕化方法，其特征在于，在所述步骤(3)

6、中，开启与所述容器的进液口和排液口分别连接的阀门，实现所述容器中的所述黑/棕化药液与黑/棕化液药水缸内的药液的循环。10.根据权利要求6或7所述的铜块黑/棕化方法，其特征在于，所述步骤(4)中所述规定的黑/棕化时间为1.5-3分钟。权 利 要 求 书CN 103124473 A1/4页3一种铜块黑 / 棕化装置及黑 / 棕化方法技术领域0001 本发明属于电路板制造技术领域，具体涉及一种处理铜表面的黑/棕化方法，更具体地，涉及一种自动黑/棕化铜块的方法。背景技术0002 印刷电路板(PCB，Printing Circuit Board)是电子工业的重要部件之一。它提供集成电路等各种电子元器件固

7、定装配的机械支撑、实现集成电路等各种电子元器件之间的电气连接或电绝缘、提供所需求的电气特性，如特性阻抗等；同时为自动锡焊提供阻焊图形，为元器件插装、检查、维修提供识别字符和图形。0003 印制电路板使用形式有单层板、双层板及多层板。其中多层板的各层铜板间通过聚合物树脂粘接，以往生产多层板经常出现铜面与聚合物树脂粘接不够牢固，导致后续的线路生产、电子元件的表面焊接、贴装等工序出现多层板分层的问题。0004 为解决上述问题，在多层板制程中引入黑化或者棕化(下简称黑/棕化)处理工艺，主要在多层板贴合前采用药液处理铜的表面，使铜面产生碎石状瘤状黑/棕化层，其结构紧密无疏孔，增加了接触表面积，有利于铜面

8、与聚合物树脂的黏合。0005 随着PCB技术的发展，目前业界出现了印制电路板埋入金属铜块的工艺技术，即通过聚合物树脂将铜块粘接在电路板中间，该技术可解决电子产品局部散热不良的问题。要将铜块与PCB铜板粘接牢固，也需要对铜块进行黑/棕化处理，且铜块与PCB铜板黑/棕化质量要一致。因两种工艺存在诸多类似之处，下面以棕化工艺为例进行详细说明。0006 棕化工艺又称棕氧化工艺，是以棕化液氧化蚀铜的过程，常见棕化工艺的处理过程为：酸洗、除油、预浸、棕化，都在棕化线上进行。行业内的棕化线一般为水平棕化线，以滚轮水平传动电路板经棕化线各段逐步完成棕化工序。棕化线上设有棕化线药水缸，其内放置有大量棕化液。随着

9、棕化的进行，铜表面聚集的铜离子浓度不断上升，导致铜表面棕化不均匀，尤其是棕化铜块时铜块底面与其它表面差异明显，导致线路产品不良率高。为了保证棕化产品的品质，通常棕化生产过程中当铜离子浓度达到一定限量之后，需要将失效的棕化液进行处理，如将棕化液全部排出再换新的棕化液或排掉部分棕化液再向棕化线药水缸中添加部分无铜离子的棕化添加液，使棕化线药水缸中的铜含量降低。棕化线上传动用的滚轮中间间隙大于铜块尺寸，因而不能将铜块与电路板一起放在棕化线上棕化。目前铜块棕化的问题尚未实现自动化，都是靠人工手动操作，将铜块放入盛有棕化液的容器中棕化后取出。在容器中随着棕化的进行，铜表面聚集的铜离子浓度不断上升，铜块各

10、表面棕化不均匀，与棕化线棕化的PCB铜板表面差异明显，导致电子产品不良率高。发明内容0007 本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种铜块黑/棕化装置，其结构简单、便于控制黑/棕化时间及黑/棕化液浓度差异，能够使铜块黑/棕化均匀，保证铜块黑/棕化后的品质。说 明 书CN 103124473 A2/4页40008 解决本发明技术问题所采用的技术方案是该铜块黑/棕化装置包括盛装铜块和黑/棕化药液的容器以及搅拌装置，所述搅拌装置用来对所述容器内的黑/棕化药液进行搅拌。0009 优选的是，所述搅拌装置包括：置于所述容器外部的磁力搅拌器以及置于所述容器中的磁力搅拌子，所述磁力搅拌

11、器通过磁场变化，带动所述磁力搅拌子的运动，从而搅拌所述容器内黑/棕化药液。0010 进一步优选的是，所述磁力搅拌器通过磁场的变化频率和/或磁场强度，对搅拌速度进行控制。磁力搅拌器带有搅拌速度控制系统。搅拌速度控制系统可以调节磁场的变化频率和/或磁场强度进而调节容器中磁力搅拌子的搅拌速度，使容器内黑/棕化液浓度一致。并且磁力搅拌子还可带动铜块旋转运动，使其各面黑/棕化均匀。0011 优选的是，所述容器包含进液口和排液口，分别通过进液管和排液管，与黑/棕化线药水缸相连，实现所述容器中的黑/棕化液与所述黑/棕化线药水缸中的药水的循环。这样黑/棕化线药水缸内的黑/棕化液能循环回容器内，避免容器内黑/棕

12、化液失效，同时，黑/棕化线上PCB铜板与铜块使用相同的黑/棕化液，可保证两者黑/棕化处理品质接近，有利于后续粘接工序的进行，减少产品不良率。0012 优选的是，所述进液管和排液管分别配有自动阀，且所述至少一个自动阀上配有电子计时器，所述电子计时器与所述磁力搅拌器相连，用于在到达黑/棕化时间时通知所述磁力搅拌器，所述磁力搅拌器停止搅拌。可通过设置电子计时器上的时间来控制自动阀的持续运行时间。0013 优选的是，所述排液管的管口靠近容器底部。这样可使容器内的药液与黑/棕化线药水缸内的药液充分循环。0014 本发明还提供了采用上述铜块黑/棕化装置对铜块进行黑/棕化的方法，包括以下步骤：0015 (1

13、)插上所述搅拌装置的电源，0016 (2)将铜块放入盛有黑/棕化药液的容器中，0017 (3)使搅拌装置以一定的搅拌速度对所述容器中的黑/棕化药液进行搅动，0018 (4)待到达规定的黑/棕化时间后，停止搅拌装置，取出黑/棕化后的铜块。0019 开启磁力搅拌器并设定磁力搅拌速度后，黑/棕化液和铜块在磁力搅拌子的带动下都匀速转动，这样铜块各个表面都得到均匀黑/棕化，且进液管和排液管启动，使容器内的黑/棕化液与黑/棕化线药水缸连通循环，进一步减少浓度对黑/棕化过程的影响。0020 优选的是，所述搅拌装置包括：置于所述容器外部的磁力搅拌器以及置于所述容器中的磁力搅拌子；所述步骤(3)具体为：所述磁力

14、搅拌器通过磁场变化，带动所述磁力搅拌子的运动，从而控制所述容器内的黑/棕化药液的搅拌速度。0021 进一步优选的是，所述步骤(3)中的搅拌速度为2-6转/秒。可根据容器的容量及铜块数量来调节磁力搅拌速度。0022 优选的是，所述步骤(3)中，开启与所述容器的进液口和排液口分别连接的阀门，实现所述容器中的所述黑/棕化药液与黑/棕化液药水缸内的药液的循环。0023 优选的是，排液管上的自动阀开启时间比进液管上的自动阀开启时间延迟5-15秒，优选延迟10秒。保证容器内铜块一直浸泡在黑/棕化液中。说 明 书CN 103124473 A3/4页50024 优选的是，所述步骤(4)中所述规定的黑/棕化时间

15、为1.5-3分钟，优选黑/棕化时间为2分钟。0025 本发明所采用的容器根据需要选用50mL-1000mL的容器，可黑/棕化铜块长宽规格为55mm-3030mm。0026 本发明的有益效果是：使铜块黑/棕化的时间可控，且铜块黑/棕化品质好，各表面黑/棕化差异小。有利于后续贴装、焊接等工艺的顺利进行。附图说明0027 图1为本发明一个具体实施例中铜块棕化装置的结构示意图；0028 图2为本实施例中铜块棕化装置工作示意图。0029 图中：1-磁力搅拌棒；2-烧杯；3-磁力搅拌器；4-搅拌速度控制系统；5-插头；6-进液管；7-排液管；8-进液管上的自动阀；9-排液管上的自动阀；10-棕化液；11-

16、铜块。具体实施方式0030 为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明作进一步详细描述。0031 本发明实施例提供一种铜块黑/棕化装置，包括：盛装铜块和黑/棕化药液的容器以及搅拌装置，所述搅拌装置用来对所述容器内的黑/棕化药液进行搅拌。0032 具体地，上述容器可为玻璃制品如烧杯，或塑胶制品，并且最好是透明的，既能耐黑/棕化药水的腐蚀，又能从外部观察黑/棕化程度。下面以棕化工艺为例进行说明。0033 通过对棕化液搅拌的方式来对铜块实现棕化，能使棕化面更为均匀。搅拌棕化液的方式可以有多种，一种实施方式提供的搅拌装置包括旋转电机以及容器内与电机相连的搅拌臂，通过电机的旋转带

17、动容器内搅拌臂的旋转，从而搅拌容器内棕化液。0034 除去上一实施方式中，搅拌臂与旋转电机通过固定连接的方式实现搅拌外，本发明还提供一种通过磁场对容器内药液进行搅拌的实施方式，其中，容器内放置磁力搅拌子，搅拌装置包含设置于容器外部的磁力搅拌器及放置于容器中的磁力搅拌子。磁力搅拌器通过变化控制磁场的变化，带动磁力搅拌子对容器内药水的搅拌。磁力搅拌子可以为一个或多个，搅拌效果与磁力搅拌子的大小、质量亦有关联，以能将棕化液带动旋转为目的即可。另外，为防止搅拌过程中磁力搅拌子与铜块之间碰撞发生刮花，在磁力搅拌子磁性物质的表面可覆有塑胶材料对磁性金属物质包裹住，亦能增大磁力搅拌子的体积，起到更好的搅拌效

18、果。0035 另外，磁场强度的不同，磁场变化速度的不同，都能影响对溶液的搅拌速度。所以，磁力搅拌器可带有搅拌速度控制系统来实现上述控制。另外，搅拌子的形状较优为圆柱型或橄榄型，也是为了避免尖锐部分对铜块的影响。0036 较优的，该铜块棕化装置包含进液口和排液口，分别通过进液管和排液管，与棕化线药水缸相连，实现容器中的棕化液与棕化线药水缸中的药水的循环。进一步的，棕化装置置于棕化线药水缸附近，这样，无需过长的进液管和排液管，即可实现棕化线药水缸内的棕化液与容器内棕化液的循环，避免容器内棕化液长时间使用而失效。同时，棕化线上PCB铜板与铜块使用相同的棕化液，可保证两者棕化处理品质接近，有利于后续粘

19、接工序的进行，说 明 书CN 103124473 A4/4页6减少产品不良率。0037 上述进液管和排液管各配有阀门，并且，排液口的大小要小于搅拌子以及铜块的外径，防止搅拌子和铜块通过排液口排出容器。另外，阀门大小需使得棕化液在棕化线药水缸与容器之间的循环速度较为缓和，使得当容器内棕化液搅拌起来后，搅拌子和铜块不至被排液口吸住而堵塞排液口。较佳的，进液管和排液管上的阀门为自动阀，每个自动阀上分别配有电子计时器，实现当达到规定的棕化时间后，自动关闭阀门，配合着磁力搅拌器停止运转，便于将棕化后的铜块从容器中取出。0038 现以具体铜块棕化装置和棕化方法为例，对本发明进行进一步详细说明。0039 本

20、实施例所用磁力搅拌器为金坛新航仪器厂生产HJ-2A型磁力搅拌器，所用容器为1000mL的烧杯，所用磁力搅拌子为圆柱体形状的磁力搅拌棒。0040 如图1所示，本实施例中，该铜块棕化装置包括放置在磁力搅拌器3上的烧杯2，烧杯2内置有磁力搅拌棒1。0041 该磁力搅拌器3上带有搅拌速度控制系统4，可以调节烧杯2中磁力搅拌棒1的搅拌速度。进液管6和排液管7分别配有自动阀8和自动阀9，且每个自动阀分别配有电子计时器。0042 采用上述铜块棕化装置对铜块进行棕化处理包括以下操作：将本发明铜块棕化装置放置于棕化线药水缸附近，先将磁力搅拌器3的插头5插上电源，将尺寸为30mm30mm2.5mm的铜块11放入烧

21、杯2中(铜块尺寸较小时，在同等大小的容器中可以放置多个)，开启进液管6和排液管7上相连的自动阀8和9，排液管7上的阀9开启时间比进液管6上的阀8开启时间延迟5-15秒。进液管6将棕化线药水缸中的棕化液输送进烧杯2中，通过排液管7将烧杯2中的棕化液输出到棕化线药水缸中，进行棕化液的循环运动。如图2所示，通过磁力搅拌速度控制系统4调节磁力搅拌速度在2-6r/sec，棕化液10在磁力搅拌棒1的带动下匀速转动，从而带动铜块11的转动，这样铜块11各个表面都得到均匀棕化，且烧杯2内的棕化液10与棕化线药水缸中的棕化液循环，进一步减少浓度对棕化过程的影响。0043 电子计时器对棕化时间进行计时，棕化时间设

22、置为1.5-3分钟。自动阀8和9及磁力搅拌器3在棕化时间结束后关闭，此时可取出棕化后的铜块11。该棕化后的铜块表面均匀，色泽和粗糙度一致，呈棕色。采用称重的方法检测铜块与棕化线上棕化后的PCB板，单位面积上的微蚀量相同。与人工手动棕化相比，铜块良率从约60大幅增加至97。0044 由以上对本发明实施例的详细描述，可以了解本发明解决了以往铜块棕化不均匀引起后续工艺易出现气泡导致报废等问题，减少了铜块与PCB铜板表面棕化品质的差异，增加了铜块与PCB铜板的粘结力，大幅增加产品良率，具有显著的经济效益。0045 同理，对铜块进行黑化也可采用上述实施例中描述的装置以及方法。0046 可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。说 明 书CN 103124473 A1/2页7图1说 明 书 附 图CN 103124473 A2/2页8图2说 明 书 附 图CN 103124473 A